武汉大学：逐层刮涂法显著提升有机太阳能电池模组效率

近日，发表在《 Cell Press》旗下的能源旗舰期刊 Joule 上的一篇研究论文报道，来自武汉大学高等研究院的闵杰研究员团队开发了一种逐层刮涂法（LbL），可以有效提升有机太阳能电池模组的效率，对有机太阳能电池模组的产业化发展具有重要意义。

有机太阳能电池核心成分由有机材料构成，主要是以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料，以光伏效应而产生电压形成电流, 实现太阳能发电的效果。有机太阳能电池按照半导体的材料可以分为单质结结构、P-N 异质结结构、染料敏化纳米晶结构。

有机太阳能电池主要是基于混合异质结（BHJ）结构来制备，BHJ就是将给体材料和受体材料混合起来，通过共蒸或者旋涂的方法制成一种混合薄膜。给体和受体在混合膜里形成一个个单一组成的区域，在任何位置产生的激子，都可以通过很短的路径到达给体与受体的界面（即结面），有利于激子分离和载流子传输。并能够有效提升光伏体系的短路电流和填充因子。但是BHJ结构并非尽善尽美，也存在一些缺点影响电池性能。

该研究是基于PM6:Y6体系，在空气环境中逐层刮涂空穴传输层，给体层，受体层和电子传输层制备出效率16.35%的小面积器件（0.04 cm2），并利用该技术成功制备出效率为11.86%，面积为11.52 cm2，几何填充系数为91.4%的电池模组，有效克服有机太阳能电池模组效率的滞后。

据了解，研究人员此项研究之前已经成功地实现了LbL方法在多个高效非富勒烯体系中的应用，并系统地对比分析了BHJ和LbL活性层成膜过程和形貌特点，结合相应的物理动力学机制表征手段，分析了这两种类型形貌对器件效率和稳定性的影响。经过实验分析，研究人员发现，与同等参数条件下制备的BHJ模组相比，LbL方法能够有效地缩小实验室小面积器件和大面积模组效率的差异。

这项研究对LbL涂膜技术的发展有重要意义，并充分展示了逐层刮涂法在有机太阳能电池中的应用潜力。

参考文献：

Rui Sun, Qiang Wu, Jie Guo, Tao Wang, Yao Wu, Beibei Qiu, Zhenghui Luo, Wenyan Yang, Zhicheng Hu, Jing Guo, etc. A Layer-by-Layer Architecture for Printable Organic Solar Cells Overcoming the Scaling Lag of Module Efficiency；DOI: 10.1016/j.joule.2019.12.004.